[实用新型]铝合金/铬硅夹心肖特基二极管

说明书

技术领域

本发明涉及肖特基二极管。尤其是，在本发明涉及的肖特基二极管中少数载流子的注入，正向电压和金属的扩散在使用了一个中介层都被减少了，包括在金属化导体表面的铬。

背景技术

二极管理想的特性之一是，它应当在电压的极性从正极转换成负极时迅速从导电状态转换到不导电的状态。然而，在实际情况下，反向电流在二极管被转换到反向偏置之后通常流动只需很短的时间。在该电流上所花费的时间可以忽略，该时间被叫做反向恢复时间，这个时间最好让它尽可能的短。

反向电流在反向恢复时间内流动的原因之一是当该二极管正向偏置时少数载流子的出现靠着二极管的结点。当电压的极性加到二极管发生转变时，这些少数载流子从该结点流出来组成反向电流。大量少数载流子的产生决定了在反向电流流动期间总电荷量必须从该结点区域移除，因此决定了反向恢复的时间。这决定了二极管可以转换的速度。二极管上很多少数载流子的产生导致了长反向恢复时间和慢转换速度。

肖特基二极管是高速二极管，理论上，仅用多数载流子传导最小化的少数载流子会产生。这可以通过将普通二极管半导体的pn结替换成金属-半导体整流结，在这种二极管中少数载流子的产生会大大减少。如此的金属-半导体结在理想情况下将肖特基二极管的反向恢复时间减少到零，因此该二极管可以在高速情况下进行转换。

在实际运用中，少数载流子的生成和注入在传统的肖特基二极管结点上不能完全被消除。比如，在传统的肖特基二极管中结点是通过在一个以铝为基础(比如铝：1％的硅或者铝：1.5％的铜：1％的硅)的金属层和一个底下的硅表面之间闭合接点而形成的，由于金属化/硅的接口通过p型铝惨杂硅层的扩散而形成，所以减少的大量少数载流子仍然生成并注入耗尽区。这样会导致恢复时间仍然很长，也会导致其他更为严重的影响。

像这样少数载流子的注入会严重影响一个集成电路中寄生晶体管的运算，在该电路中肖特基二极管是在p型衬底的n型势阱中构成的。在这个配置中，一个重要的电流流进集成电路的衬底。该电流的流动会导致衬底电压上升并且妨碍集成电路其他部分进行操作。比如，衬底连接到接地电位的过程通常在衬底接触垫上完成，可以远离肖特基二极管。如果电流从寄生PNP三极管的集电极流到衬底接触面，衬底的电阻将会导致电压降，从肖特基二极管到衬底接触垫之间该电压降在衬底上是横向通过的。因为这个路径器件的接头发生正向偏置，所以该电压可能会足够大，这样会导致这些器件操作不正确。在CMOS电路中，闩锁效应是上述不正确的操作中的一个例子。

肖特基二极管的少数载流子的注入在使用纯铝的金属层来代替上述的铝硅和铝铜硅合金可能会进一步的减少，但是纯铝金属层的电性能和冶金性能很好(如低电迁移电阻)。

关于之前一些肖特基二极管的另一个问题是：当它们是正向偏置时，它们上面的电压降对于给定的应用会太高，即使这个正向电压比传统半导体二极管的正向电压低。对于一个给定的电流，一个二极管的正向电流比传统的低将会有一个比传统二极管更低的能耗，这可能是至关重要的，比如在低功率的应用中或者哪里温度影响是一个问题时。此外，在许多情况下，如果肖特基二极管的正向电压被进一步的减少，在硅二极管传导开始之前将会有更大的电压保证。

先前提到的肖特基二极管仍然有一个问题，在该二极管中非铝(比如钛钨)金属层或者金属硅化物层(该层是在以铝为主的金属层和硅之间形成的)，是铝或其他金属化材料通过金属-半导体表面扩散到硅上。这样可以显著的减少二极管的性能，因为该结点会还原成一个铝-半导体结点而不是在预期的金属和半导体之间的那个结点。

利用铝蒸发或溅射技术可以形成传统肖特基二极管的金属-半导体整流结。铝是最常用的基本金属材料，所以肖特基二极管使用这种材料可以更好地制造，同时在集成电路中提供欧姆接触给其他器件。如上所述，其他材料，如铂硅化物或钨钛，这些材料都有理想的特性，也可以用作金属-半导体表面，但是这不同于铝，这些通常需要把一个或多个特殊工艺步骤添加到一个传统的集成电路工艺流程中去，因此使用它们会显著地增加制作集成电路的复杂性。

鉴于上述，提供给肖特基二极管的材料能使少数载流子最小化是最合适的。

如果该材料制造的肖特基二极管能使正向电压降低将会更适合。

如果该材料制造的肖特基二极管形成的一个层能减少金属从金属层扩散到半导体中去将会更适合。

其中金属-半导体表面是使用在传统集成电路制造中惯用的材料形成的，在相对容易处理的同时能够用来形成其他装置结构，这样的材料制造的肖特基二极管会更加合适。

发明内容